CN101010557B - 具有用来再循环清洁颗粒的装置的换热器容器 - Google Patents

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Abstract

一种换热器容器(1)，包括：管状外壳(2)，在该外壳(2)中，一束大致平行的换热器管(7)布置在一对打孔盘形分隔壁(5、6)之间；用于第一流体的进口(9)和出口(10)；及用于第二流体的至少一个进口(13、14)和至少一个出口(16)，其中用于第二流体的至少一个进口(14)设有颗粒注入装置，用来把清洁颗粒注入到在换热器管(7)的外表面与换热器容器(1)的管状外壳(2)的内表面之间的空隙中，并且用于第二流体的至少一个出口(16)连接到用来从第二流体除去颗粒和用来把颗粒再循环到第二流体的至少一个进口(14)的装置上。

Description

具有用来再循环清洁颗粒的装置的换热器容器
技术领域
本发明涉及一种具有用来再循环清洁颗粒的装置的换热器(HEX)容器。
背景技术
由美国专利5706884、5676201、6073682及6109342已知，提供一种换热器容器，在该换热器容器中，一束换热器管设有用来通过管循环清洁颗粒的装置，以从管的内壁除去任何污物。
由美国专利6070652和6223809已知，通过一束换热器管使球再循环，以从管的内壁除去任何污物。
已知系统仅设计成用来清洁在换热器容器中的换热器管的内壁。
德国专利DE 1083058公开了一种换热器。在这种已知的换热器中，废气在换热器中被冷却，该换热器包括管，通过所述管冷却水被循环，并且清洁颗粒被添加到废气流，从而它们从冷却管的外表面除去碎屑和污物。在已知容器中，冷却管以之字形图案布置在换热器容器中，从而管沿它们的长度的至少大部分，相对于废气的清洁颗粒加载流的方向以大致横向方位布置。已知方法的缺点是，冷却管经受很高和不均匀的磨损并且以不均匀方式被清洁。此外，换热器的壁暴露于废气的高压和高温，从而换热器容器是厚壁和重型设备零件。
本发明的目的是，提供一种用来清洁在换热器容器的内壁与在容器内的一束换热器管的外壁之间的空隙的系统和方法，从而换热器管以均匀方式被清洁，并且防止换热器管束的外壁的严重和不均匀磨损。
发明内容
按照本发明提供有一种换热器容器，该换热器容器包括外壳，在该外壳中布置一束换热器管，该束换热器管联接到用于第一流体的进口和出口上，并且外壳包括用于第二流体的至少一个进口和至少一个出口，其中用于第二流体的至少一个进口设有颗粒注入装置，用来把清洁颗粒注入到在换热器管的外表面与换热器容器的内表面之间的空隙中，并且用于第二流体的出口包括用来从第二流体除去颗粒和用来把颗粒再循环到用于第二流体的至少一个进口的装置，其中换热器管布置在容器的大致管状中间段中，并且彼此大致平行地在一对打孔分隔壁之间延伸，所述打孔分隔壁靠近所述管状中间段的端部布置，用于第二流体的进口在靠近一个分隔壁的位置处进入管状中间段的内部，并且用于第二流体的出口在靠近另一个分隔壁的位置处进入管状中间段的内部。
第二流体可以是水，并且清洁颗粒可以包括粒状物、玻璃、金属、纤维、塑料及/或短金属丝。
根据本发明的换热器容器，使得尤其是在使用换热器容器的高压用途中能够实现直接海水冷却，该换热器容器紧凑、重量轻，并且在该换热器容器中，防止通过海水的加热流的污物和/或结垢沉积，从而换热器不需要频繁维护和/或检查，并且可以安装在海底。
优选地，用来把清洁颗粒与水分离的分离器靠近用于第二流体的出口布置，该分离器连接到清洁颗粒再循环导管上，该导管连接到用于第二流体的至少一个流体进口上，并且通过该导管，在使用中，清洁颗粒从至少一个流体出口再循环到用于第二流体的至少一个流体进口。
在这样的情况下，用于第二流体的至少一个进口可以设有用来把水从水体泵送到换热器容器的外壳中的装置，并且用于第二流体的至少一个出口可以设有用来把水排出到所述水体中的装置。
外壳可以包括多个水进口，并且这些进口的至少一个可以连接到泵上，经该泵来自所述水体的水被泵送到在换热器管的外壁之间的空隙中，并且这些进口的至少另一个被连接到清洁颗粒再循环导管上。
选择性地，在第二流体中清洁颗粒的注入是在换热器容器的上游，靠近第二流体的吸入口。
选择性地，至少一块分配板布置在换热器管的外表面与换热器容器的管状中间段的内表面之间的空隙中，以创建贯穿管状中间段的高度的均等分配的冷却水流和清洁颗粒流化床。分配板可以是打孔板，并且/或者包括防止颗粒回流的帽、喷嘴或装置。与分配板组合的磨蚀颗粒连续地除去薄膜层，并且混合流体流，不需要隔板，从而使整体压降和泵送工作最小。
按照本发明，也提供有一种用来在换热器容器中再循环清洁颗粒的方法，该换热器容器包括外壳，在该外壳中布置一束换热管，该束换热器管联接到用于第一流体的进口和出口上，并且外壳包括用于第二流体的至少一个进口和至少一个出口，其中第二流体和清洁颗粒的混合物经用于第二流体的至少一个进口注入到在换热器管的外表面与换热器容器的内表面之间的空隙中，并且用于第二流体的每个出口包括用来从第二流体除去颗粒和用来把颗粒再循环到第二流体的至少一个进口的装置。
其中换热器管布置在容器的大致管状中间段中，并且彼此大致平行地在一对打孔盘形分隔壁之间延伸，所述打孔盘形分隔壁靠近所述管状中间段的端部布置，并且第二流体和清洁颗粒的混合物经由一进口注入到所述空隙中且经由一出口从所述空隙除去，该进口靠近一个分隔壁进入管状中间段的内部，该出口靠近另一个打孔分隔壁进入管状中间段的内部。
优选的是，流经换热器管的内部的第一流体是天然气流，并且流经在换热器管的外表面与换热器容器的管状中间段的内表面之间的空隙的第二流体是水。
还优选的是，流经换热器管的内部的天然气流的静态压力，高于流经在换热器管的外表面与换热器容器的管状中间段的内表面之间的空隙的水和清洁颗粒流的静态压力。
根据本发明的换热器容器的这些和另外特征、实施例及优点由附属权利要求书、摘要及如下详细描述将成为显然的，在如下详细描述中对附图进行参考。
附图说明
参照附图借助例子将更详细地描述根据本发明的换热器容器的优选实施例，在附图中：
图1是根据本发明的自清洁换热器容器的示意纵向剖视图；和
图2是沿线A-A得到的和在箭头的方向上看到的图1的容器的剖视图。
具体实施方式
图1示出了换热器容器1，该换热器容器1具有管状中间段2以及称作头部的圆顶形顶部和底部段3和4，它们由盘形分隔壁5和6彼此分离开。
管状中间段2包括一束换热器管7，所述束换热器管7延伸穿过在盘形分隔壁5和6中的开口8，从而对于第一流体而言换热器管7的内部与圆顶形顶部和底部段3和4的内部流体连通。
用于第一流体的进口9布置在圆顶形顶部段3处，该第一流体可以是高压和高温天然气或其它低压或高压流体。用于第一流体的出口10布置在容器1的圆顶形底部段4处。在使用中，第一流体经由进口9流入容器1的顶部段3的内部，并且经由换热器管束7的内部流入容器1的底部段4的内部中，并且然后经出口10排出。
第二流体从诸如江河、湖泊、大海、海洋或地下含水层之类的水体11泵送，并且用作用来冷却第一流体的冷却剂，该第二流体在表示的例子中是水。可能使用过滤器21和/或化学注入预处理的冷却水由泵12泵送，经一对下部进口13进入管状中间段2的内部，该管状中间段2围绕换热器管7。
为了防止在管状中间段2的内部在换热器管7之间的区域中污物的偏置，水和清洁颗粒的混合物经一对中间进口14注入到管状中间段2的内部中。这种混合物与经下部进口13注入的水混合，并且引导成向上流过管状中间段2的内部，从而清洁颗粒沿换热器管7流动，并且由此连续地从管7的外表面以及从管状中间段2的管状壁的内表面消除结垢和/或其它污物的任何偏置。一系列流动和颗粒分配板22布置在内部的不同水平处，包括在第二流体13的进口与管状中间段2的中间进口14之间的一个分配板22，以创建贯穿管状中间段2的高度的均等分配的冷却水流和清洁颗粒流化床。同时为容器1和管7提供坚固性的分配板可以是打孔板，或者包括帽、喷嘴或装置以防止颗粒回流。由于与分配板组合的磨蚀颗粒连续地除去膜层并且混合流体流，所以不需要隔板，从而使整体压降和泵送工作最小。
水和清洁颗粒的混合物经一对上部出口16从管状中间段2的内部排出，并且导向到水/清洁颗粒分离器17中，在该分离器17中，热水流18与清洁颗粒流19分离。热水流18排出到水体11中，并且清洁颗粒流19与冷水流20混合，并且经中间进口14泵送回换热器容器1的管状中间段2的内部中。
依据地方环境法规，热水流18在排出到水体11中之前与冷水流的一部分混和。通过减小第二流体流和/或通过把冷第二流体流与热水流18的一部分相混合而控制减弱(turndown)。
清洁颗粒的清洁作用允许水在容器1的管状中间段2中加热到比在常规换热器容器中高得多的温度。在称作直接和间接海水HEX组件并一般用在船舶、发电厂和海上平台中的常规换热器容器中，在换热器管的壁处冷却水的表面温度应该保持低于约50-55摄氏度，以避免换热器管和容器的内壁的结垢和其它污物。在根据本发明的容器1中，沿换热器管7的外表面流动的水的表面温度可以大大地超过80摄氏度，因为任何结垢沉积将由清洁颗粒磨蚀掉。允许水温增高导致管状中间段2的尺寸、换热器管7的对应长度和重量、冷却水的通量和速度及水循环泵12的所需功率的显著减小。避免污物偏置显著减少了所需要的维护，并且增加了设备的适用性。
高压气体仅流入容器1的圆顶形顶部和底部段3和4中，并且流入换热器管7的内部中。因此只有换热器管7和换热器容器1的圆顶形顶部和底部段3和4需要具有大壁厚和由高强度钢、钛或其它合金制成。换热器的管状中间段2填充有低压水，并且可具有较小壁厚。具有比常规换热器容器小的管状中间段2的换热器容器1的使用和具有较小壁厚的管状中间段2的使用，创建一种显著比常规换热器容器小和轻的换热器容器1。
将理解，根据本发明的换热器容器可以具有从底部到顶部、与第二流体同向的第一流体流动。
将理解：根据本发明的换热器容器可以具有正方形形状，如在空气冷却器列中已知的那样，而不是圆形形状；并且顶部和底部段3和4可以是箱形的，而不是在图中表示的圆顶形的。
可选择地，根据本发明的换热器容器可以包括波纹管23，以禁止例如热膨胀和/或压缩应力，如果该波纹管23证明由于机械原因是需要的。
将理解，本发明可以在换热器容器上游将清洁颗粒注入到第二流体中，靠近从第二流体供给体11吸入第二流体处。
此外，水进口和出口13、14、16的数量可以增大，以使在容器2的内部中的向上的水流和清洁颗粒流化床进行一步均衡。

Claims (15)

1.一种换热器容器，包括外壳，在该外壳中布置一束换热器管，该束换热器管联接到用于第一流体的进口和出口上，并且外壳包括用于第二流体的至少一个进口和至少一个出口，其中用于第二流体的至少一个进口设有颗粒注入装置，用来把清洁颗粒注入到在换热器管的外表面与换热器容器的内表面之间的空隙中，并且用于第二流体的出口包括用来从第二流体除去清洁颗粒和用来把清洁颗粒再循环到第二流体的至少一个进口的装置；
其特征在于：换热器管布置在换热器容器的大致管状中间段中，并且彼此大致平行地在一对打孔分隔壁之间延伸，所述打孔分隔壁靠近所述管状中间段的端部布置；用于第二流体的所述进口在靠近一个分隔壁的位置处进入管状中间段的内部，并且用于第二流体的所述出口在靠近另一个分隔壁的位置处进入管状中间段的内部；至少一块分配板布置在换热器管的外表面与换热器容器的管状中间段的内表面之间的空隙中，以创建贯穿管状中间段的高度的均等分配的冷却水流和清洁颗粒流化床。
2.根据权利要求1所述的换热器容器，其中，所述第二流体是水，并且清洁颗粒包括粒状物。
3.根据权利要求1所述的换热器容器，其中，所述第二流体是水，并且清洁颗粒包括玻璃、金属、纤维和/或塑料。
4.根据权利要求1所述的换热器容器，其中，所述第二流体是水，并且清洁颗粒包括短金属丝。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的换热器容器，其中，用来把清洁颗粒与水分离的一分离器靠近用于第二流体的所述出口布置，该分离器连接到一清洁颗粒再循环导管上，该清洁颗粒再循环导管连接到用于第二流体的至少一个进口上，并且通过该清洁颗粒再循环导管，在使用中，清洁颗粒从用于第二流体的至少一个出口再循环到用于第二流体的至少一个进口。
6.根据权利要求5所述的换热器容器，其中，用于第二流体的至少一个进口设有用来把水从水体泵送到换热器容器的外壳中的装置，并且用于第二流体的至少一个出口设有用来把水排出到所述水体中的装置。
7.根据权利要求6所述的换热器容器，其中，所述外壳包括多个水进口，并且这些水进口中的至少一个连接到泵上，经该泵来自所述水体的水被泵送到在换热器管的外壁之间的空隙中，并且这些水进口中的至少另一个连接到所述清洁颗粒再循环导管上。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的换热器容器，其中，在第二流体中清洁颗粒的注入是在换热器容器的上游，靠近第二流体吸入处。
9.根据权利要求1所述的换热器容器，其中，分配板是打孔板，并且/或者分配板包括防止颗粒回流的装置。
10.根据权利要求1所述的换热器容器，其中，分配板是打孔板，并且/或者分配板包括防止颗粒回流的帽或喷嘴。
11.根据权利要求1所述的换热器容器，其中，换热器容器被构造成，与所述分配板组合的清洁颗粒连续地除去围绕换热器管的外表面的静态流体薄膜层，并且在换热器容器的管状中间段中混合第二流体流，由此增强在第一与第二流体之间的热交换。
12.根据权利要求1-4、9、10和11中任一项所述的换热器容器，其中，换热器容器位于海底。
13.一种用来在换热器容器中再循环清洁颗粒的方法，该换热器容器包括外壳，在该外壳中布置一束换热器管，该束换热器管联接到用于第一流体的进口和出口上，并且所述外壳包括用于第二流体的至少一个进口和至少一个出口，其中第二流体和清洁颗粒的混合物经由用于第二流体的至少一个进口注入到在换热器管的外表面与换热器容器的内表面之间的空隙中，并且用于第二流体的每个出口包括用来从第二流体中除去清洁颗粒并用来把清洁颗粒再循环到第二流体的至少一个进口的装置；
其特征在于：所述换热器管布置在换热器容器的大致管状中间段中，并且彼此大致平行地在一对打孔盘形分隔壁之间延伸，所述打孔盘形分隔壁靠近所述管状中间段的端部布置；并且第二流体和清洁颗粒的混合物经由一靠近一个打孔盘形分隔壁进入管状中间段的内部的进口注入到所述空隙中并且经由一靠近另一个打孔盘形分隔壁进入管状中间段的内部的出口从所述空隙除去；至少一块分配板布置在换热器管的外表面与换热器容器的管状中间段的内表面之间的空隙中，以创建贯穿管状中间段的高度的均等分配的冷却水流和清洁颗粒流化床。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，流经换热器管的内部的所述第一流体是天然气流，并且流经在换热器管的外表面与换热器容器的管状中间段的内表面之间的空隙的所述第二流体是水。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，流经换热器管的内部的天然气流的静态压力，要高于流经在换热器管的外表面与换热器容器的管状中间段的内表面之间的空隙的水和清洁颗粒流的静态压力。
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